Источники света в оптической микроскопии

В оптической микроскопии источник света играет очень важное значение в формировании изображения. Грамотный выбор источника света позволяет успешно проводить множество исследований, будь то рутинная задача анализа мазка или гистологического препарата, вплоть до сложнейшей многоканальной конфокальной микроскопии. В статье мы рассмотрим самые популярные на сегодняшний момент источники света, преимущества и недостатки «конкурирующих» систем для решения схожих задач, возможности применения того или иного источника света в зависимости от поставленной задачи.

Галогенная лампа (Halogen bulb)

Галогенные лампы в современных микроскопах встречаются наиболее часто, хотя в последнее время их активно вытесняет светодиодное освещение. Их основное применение – светлопольная микроскопия в отраженном и проходящем свете. Поляризационные исследования, решение множества материаловедческих и биологических задач, где необходимо получать изображения в видимом свете без применения флуоресценции.

В микроскопах используются галогенные лампы различной мощности (от 20 до 100 Вт). Цветовая температура галогенных ламп находится в районе 3400К (100W Philips 7023). Свет галогенных ламп подчеркивает теплые тона, смещен в сторону теплых оттенков, поэтому для получения изображений, приближенных к цветовой температуре дневного освещения, обычно используют цветобалансирующий фильтр (LBD или Daylight filter).

Достоинства галогенных ламп – малый размер осветителей, отсутствие необходимости активного охлаждения (достаточно пассивной вентиляции), невысокая стоимость и хорошая цветопередача.
К недостаткам можно отнести сравнительно низкую яркость при идентичной потребляемой мощности, малый срок службы около 50 часов.

Галогенные источники света до сих пор широко применяются в исследовательских микроскопах, так как дают прекрасную цветопередачу, возможность работы в ИК микроскопии, а также высокую мощность при работе с лампами мощностью 100Вт и более.

Ртутная флуоресцентная/люминесцентная лампа HBO (Mercury HBO Lamp)

Ртутные газоразрядные лампы высокого давления применяются для получения качественных флуоресцентных изображений. Они в 10-100 раз ярче ламп накаливания и могут обеспечить интенсивное освещение в выбранном диапазоне длин волн по всей видимой и УФ области спектра при использовании соответствующих фильтров.
Эти источники света очень надежны и дают хорошую плотность светового потока.

Самой популярной ртутной лампой, применяемой в микроскопии, является лампа HBO 100W. Уникальная спектральная характеристика лампы идеально подходит для исследователей, занимающихся флуоресценцией. Только треть спектра испускания лампы находится в видимой области. Около половины спектра лежит в ультрафиолетовой области, поэтому при работе с подобными источниками необходимо уделять должное внимание защите, в первую очередь, глаз исследователя, а во вторую очередь, стойкости к УФ излучению исследуемых препаратов. Остальная часть излучения ртутной лампы рассеивается в виде теплового длинноволнового ИК излучения.

Ртутная газоразрядная лампа имеет одно из самых высоких значений яркости среди непрерывно работающих источников света и очень тесно приближена к идеальной модели точечного источника света. Тем не менее, ртутные лампы имеют большие колебания интенсивности, зависящие от эрозии электродов, магнитных полей в помещении, а также периодическое отклонение дуги (флаттер), возникающее из-за конвекционных потоков в парах ртути. Эти особенности ртутной лампы препятствуют ее использованию в количественных оценках флуоресценции (измерение яркости флуоресценции и т.п.)

Помимо перечисленных артефактов дуговой природы света ртутной лампы, у нее есть ряд следующих недостатков: малый срок службы (200 часов), значительное изменение спектральной характеристики в зависимости от возраста лампы, необходимость временных промежутков между включениями для полного остывания лампы.
В типовой конфигурации оптического микроскопа, ртутная лампа находится внутри специализированного осветителя, состоящего из корпуса лампы, вогнутого зеркального рефлектора, а также регулируемой системы линз коллектора для фокусировки дуги лампы.

В зависимости от конструкции, ртутный ламповый домик (это микроскопический термин, в английском языке lamphouse) может также содержать фильтры, блокирующие УФ излучение лампы, а также Hot Mirror фильтры для снижения теплового излучения, нагревающего внутренние линзы микроскопа и исследуемый образец.

Ртутная лампа требует тщательной юстировки для освещения образца равномерным полем максимальной интенсивности. Подробно настройка ртутного лампового домика описана в статье «Юстировка лампового домика флуоресцентной лампы HBO».

Металлогалоидные лампы (Metal Halide Arc Lamps)

Сегодня металлогалоидные лампы постепенно вытесняют ртутные и ксеноновые лампы с позиции флуоресцентных источников.

Конструктивно такие осветители выполнены в виде высокопроизводительной дуговой лампы, размещенной на эллиптическом отражателе. Отражатель фокусирует свет на торце жидкого световода для последующей передачи его на вход оптической системы микроскопа. Иногда металлогалоидные осветители дополнены колесами фильтров (filter wheels) для выбора необходимой длины волны возбуждения, а также специальными шиберами и нейтральными фильтрами для коррекции плотности и интенсивности освещения. Спектр металлогалоидной лампы имеет схожие очертания с «ртутным» спектром, однако более сильная межпиковая интенсивность вместе с большей шириной пиков позволяет получать флуоресценцию на 50% мощнее чем ртутные лампы HBO 100.

Металлогалоидные лампы прекрасно подходят для экспериментов с живыми клетками с использованием EGFP (зеленый флуоресцентный белок). Кроме того они производят гораздо более равномерное освещение в пространстве из-за конструкции жидкого световода и конденсора. Более равномерная жизненная характеристика лампы вместе со сроком службы в 2 тысячи часов (против 200 часов у ртутных осветителей) позволяют проводить количественные анализы флуоресценции.

Светодиодные источники света (Light-Emitting Diodes, LEDs)

Светодиодные источники света – самое перспективное направление из новых технологий в микроскопии. Эти универсальные полупроводниковые осветители обладают всеми функциями ламп накаливания и газоразрядных ламп, имея при этом возможность работать от батареек, а также низковольтных и недорогих импульсных блоков питания.

Разнообразные спектральные характеристики LED осветителей позволяют выбрать необходимый светодиод и установить оптимальное возбуждение в диапазоне длин волн, охватывающем ультрафиолетовую, видимую и ближнюю ИК области.  Кроме того, новые мощные светодиоды обладают достаточной интенсивностью для получения качественного флуоресцентного изображения.

Компактные светодиоды можно комбинировать в одном ламповом блоке для получения мультиканального флуоресцентного изображения, либо для получения UV и видимого изображения.

Существует возможность устанавливать современные светодиодные осветители в микроскопы заказчика вне зависимости от возраста и состояния прибора. Эта процедура позволяет вывести качество изображения на новый уровень при использовании старой оптики и при минимальных финансовых затратах.

Светодиодные флуоресцентные осветители

В нашем каталоге представлены светодиодные флуоресцентные осветители для установки на прямые, инвертированные и стереомикроскопы.